DE2157268A1 - Method and device for controlling the clamping force acting on the workpiece in machine tools - Google Patents

Method and device for controlling the clamping force acting on the workpiece in machine tools

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Description

PatentanwältePatent attorneys

!.-!ng. E. Eder Dipl.-ing. K. Scl.ieschke! .-! ng. E. Eder Dipl.-ing. K. Scl.ieschke

8 MUnchcn 13
Bltabethitraße 54 8 MUNICH 13
Flower Street 54

Toyo Bearing Manufacturing Company Limited, Osaka / JapanToyo Bearing Manufacturing Company Limited, Osaka / Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der bei Werkzeugmaschinen auf das Werkstück einwirkenden SpannkraftMethod and device for controlling the in machine tools on the workpiece acting resilience

Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeugmaschinen, bei denen das zu bearbeitende,ringförmige Werkstück am äußeren oder inneren Durchmesser oder an der Breite mittels hydraulischer, pneumatischer oder magnetischer Kraft eingespannt ist. Wenn z.B. bei einer Innenschleifmaschine mit erheblicher Bearbeitungsleistung das Grobschleifen durchgeführt wird, muß das Werkstück mit sehr starker Spannkraft gehalten werden. Dieses Einspannen des Werkstücks mit hoher Spannkraft führt jedoch zu inneren Spannungen in diesem. Außerdem werden während desThe invention relates to machine tools in which the annular workpiece to be machined on the outer or inner diameter or width is clamped by means of hydraulic, pneumatic or magnetic force. if E.g. the coarse grinding is carried out on an internal grinding machine with considerable processing power, it must Workpiece can be held with a very strong clamping force. However, this clamping of the workpiece with high clamping force leads to internal tension in this. In addition, during the

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Bearbeifungsvorganges beispielsweise durch die spanabhebende Bearbeitung zusätzliche innere Spannungen erzeugt. Wenn nun eine derart große Spannkraft bis zum Abschluß der Bearbeitung aufrecht erhalten wird, treten beim Abnehmen des Werkstücks infolge dieser inneren Spannungen Deformationen, Zusammenziehungen oder Dehnungen auf.Machining process, for example, by the machining Machining creates additional internal stresses. If now such a large clamping force until the end of the machining is maintained, when the workpiece is removed, deformations and contractions occur as a result of these internal stresses or stretching on.

Die derzeit auf dem Markt befindlichen Werkzeugmaschinen erfassen das Werkstück gemäß Fig. 1 und 2 mit konstanter Spannkraft,The machine tools currently on the market grasp the workpiece according to FIGS. 1 and 2 with a constant clamping force,

Es sei angenommen daß zum Zeitpunkt t1 ein Werkstück freigegeben wird, wobei die Spannkraft den Wert 0 erreicht. Nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne wird bei t2 ein neues Werkstück eingespannt, wobei die Spannkraft auf den Wert P geht. Während t„ - t. greift eine Schleifscheibe, ein Fräser oder ein Schneidstahl am Werkstück an, es folgt die Grobbearbeitung während t4 - t5, die Endbearbeitung während t,- - tg, das "Abfunken" während tg - t7, das schnelle Zurückziehen der Schleifscheibe, des Fräsers oder des Schneidstahles während tn - tu und kurze Zeit nach dem Zeitpunkt to die Freigabe des Werkstücks bei tg. Die Spannkraft wird somit vom Einspannen des Werkstückes bei t2 bis zum Zeitpunkt der Freigabe bei tg konstant auf P gehalten.It is assumed that a workpiece is released at time t 1 , the clamping force reaching the value 0. After a certain period of time, a new workpiece is clamped at t 2 , the clamping force going to the value P. While t "- t. attacks a grinding wheel, a milling cutter or a cutting steel on the workpiece, the rough machining follows during t 4 - t 5 , the finishing process during t, - - tg, the "sparking" during tg - t 7 , the rapid retraction of the grinding wheel, des Cutter or the cutting steel during t n - t u and a short time after the point in time to the release of the workpiece at tg. The clamping force is thus kept constant at P from the clamping of the workpiece at t 2 until the time of release at tg.

Da die derzeit üblichen Werkzeugmaschinen das Werkstück während des gesamten Bearbeitungsvorganges mit konstanter Spannkraft halten, wie dies oben beschrieben wurde, verbleiben bei der Endbearbeitung nach groben Bearbeitungsgängen (Schleifen) somit innere Spannungen im Werkstück, die die Bearbeitungsgenauigkeit herabsetzen. Since the machine tools currently used, the workpiece during the entire machining process with constant clamping force hold, as described above, remain in finishing after rough machining operations (grinding) thus internal stresses in the workpiece, which reduce the machining accuracy.

Gemäß der Erfindung wird das Werkstück während der Grobbearbeitung mit entsprechend hoher Spannkraft gehalten* Gleichzeitig mit Beendigung der Grobbearbeitung wird die Spannkraft auf einen zur Endbearbeitung genügenden geringeren Wert umgescLalto so daß die während der Grobbearbeitung infolge der hohen KraftAccording to the invention, the workpiece is held with a correspondingly high clamping force during the rough machining * at the same time when the rough machining is finished, the clamping force increases reversed a lower value sufficient for finishing so that during rough machining due to the high force

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auftretenden inneren Spannungen verteilt oder gemildert werden. Die in diesem Zustand erfolgende Endbearbeitung des Werkstücks führt zu einer höheren Werkstückgenauigkeit.occurring internal tensions can be distributed or alleviated. The finishing of the workpiece in this state leads to a higher workpiece accuracy.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Steuern der bei Werkzeugmaschinen auf das Werkstück einwirkenden Spannkraft, wobei die Spannkraft an der Breite, an der Außenoder Innenfläche des Werkstücks hydraulisch, magnetisch oder mechanisch einwirkt, werden somit die inneren Spannungen im Werkstück entsprechend den Änderungen der Schneidgeschwindigkeit während des automatischen Bearbeitungsvorganges zur Verbesserung der Genauigkeit der Endbearbeitung durch die jeweils richtige Einstellung der Spannkraft ausgeglichen oder gemildert. Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen außerdem die Steuerung der am Werkstück angreifenden Spannkraft auch bei Werkzeugmaschinen, die mit auf diesem Prinzip, basierenden Untereinheiten arbeiten.In the method and the device according to the invention for Control of the clamping force acting on the workpiece in machine tools, the clamping force being applied to the width, to the outside or to the If the inner surface of the workpiece acts hydraulically, magnetically or mechanically, the internal stresses in the Workpiece according to the changes in cutting speed during the automatic machining process for improvement the accuracy of the finishing is balanced or mitigated by the correct setting of the clamping force. The method and device according to the invention also make it possible the control of the clamping force acting on the workpiece, even in machine tools that are based on this principle Subunits work.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Darin zeigen:For a more detailed explanation of the invention, reference is made to the drawing. Show in it:

Fig. 1 ein Bearbeitungsdiagramm einer Maschine (Schleifmaschine)Fig. 1 is a processing diagram of a machine (grinding machine)

zur Bearbeitung ringförmiger Werkstücke, Fig. 2 das bisher übliche Spannkraftdiagramm während derfor machining ring-shaped workpieces, Fig. 2 shows the previously usual clamping force diagram during the

Bearbeitung,
Fig. 3,5,6,7»9 Spannkraftdiagramme von WerkzeugmaschinenEditing,
Fig. 3,5,6,7 »9 clamping force diagrams of machine tools

(Schleifmaschinen) gemäß der Erfindung und Fig. 4,8,10 Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.(Grinding machines) according to the invention and FIGS. 4, 8, 10 embodiments of devices for implementation of the method according to the invention.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Steuern der Spannkraft erfolgt die Einstellung der Spannkraft abhängig von während des automatischen Bearbeitungsvorganges auftretenden Änderungen der Schneidgeschwindigkeit.In the method and the device according to the invention for Controlling the clamping force, the clamping force is set depending on during the automatic machining process occurring changes in the cutting speed.

Fig. 3 erläutert ein Verfahren zur Steuerung der Spannkraft R der Erfindung. Bei diesem Verfahren hat die Spcuuil.r<if'LFig. 3 illustrates a method of controlling the clamping force R of the invention. In this procedure, the Spcuuil.r <if'L

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bei Grobbearbeitung den Wert Ps und wird nach Beendigung der Grobbearbeitung auf den Wert P1 verringert, der während der Endbearbeitung bis zur Freigabe des Werkstücks beibehalten wird.the value Ps for rough machining and is reduced to the value P 1 after finishing the rough machining, which is maintained during the final machining until the workpiece is released.

Die Spannkraft kann auf geeignete Weise ausgeübt werden, etwa durch ein Fluid, elektromagnetisch oder mechanisch.The clamping force can be exerted in a suitable manner, for example by a fluid, electromagnetically or mechanically.

Im Folgenden wird eine mit dem Druck eines Fluids arbeitende Ausführungsform erläutert.An embodiment which operates with the pressure of a fluid is explained below.

Fig. 4 zeigt ein Spannkraft-Umschaltventil 1 , einen Einspannzylinder 2, Druckreduzier- und Drosselventile 3,4, ein Druckmeßgerät 5 und eine Hauptleitung 6. Wird der Hauptleitung bei geöffnetem Einspanndruck-Umschaltventil 1 ein Fluid zugeführt, so wird die Primärleitung auf dem eingestellten Druck gehalten, z.B. einem Einspanndruck bzw. einer Einspannkraft P ausreichend für die Grobbearbeitung, über das Druckreduzier- und Drosselventil 4 in der Hauptleitung 6. Dieser Druck des Fluids wirkt auf den Einspannzylinder 2 und v/ird nun auf dem Wert P gehalten. In diesem Zustand erfolgt die Grobbearbeitung. Gleichzeitig mit der Beendigung der Grobbearbeitung wird das Einspanndruck- und Umschaltventil 1 geschlossen. Das Fluid strömt nun durch das in einer Abzweigleitung 7 angeordnete Druckreduzier- und Drosselventil 3 und dann durch die Hauptleitung 6. Die Sekundärseite des Druckreduzier- und Drosselventils 3 wird auf dem Wert P , der für die Endbearbeitung genügt, durch das Druckreduzier- und Drosselventil 3 gehalten. Danach bleibt der Druck bis zur Abschaltung der Strömung in der Hauptleitung 6 auf dem Wert PFig. 4 shows a clamping force switching valve 1, a clamping cylinder 2, pressure reducing and throttle valves 3.4, a pressure measuring device 5 and a main line 6. If the main line a fluid is supplied to the opened clamping pressure switchover valve 1, the primary line is kept at the set pressure, E.g. a clamping pressure or a clamping force P sufficient for the rough machining, via the pressure reducing and throttle valve 4 in the main line 6. This pressure of the fluid acts on the clamping cylinder 2 and is now held at the value P. Rough machining takes place in this state. Simultaneously with the completion of the rough machining, the clamping pressure and Switching valve 1 closed. The fluid now flows through the pressure reducing and throttle valve arranged in a branch line 7 3 and then through the main line 6. The secondary side of the pressure reducing and throttle valve 3 is set to the value P, which is sufficient for the finishing, held by the pressure reducing and throttle valve 3. After that the pressure remains until Shutdown of the flow in the main line 6 at the value P

Die Fig. 5 bis 7 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern der Spannkraft, bei denen gleichzeitig mit Abschluß der Grobbearbeitung die EinSpannkraft allmählich auf P1 verringert wird und die Endbearbeitung bei dieser Spannkraft erfolgt.5 to 7 show further embodiments of the device according to the invention for controlling the clamping force, in which, at the same time as the rough machining is completed, the clamping force is gradually reduced to P 1 and the final machining is carried out at this clamping force.

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Dadurch wird das im Vorhergehenden beschriebene Verfahren verbessert. Beim ersten Verfahren wird gleichzeitig mit Abschluß der Grobbearbeitung die Einspannkraft P3 auf die Einspannkraft P für die Endbearbeitung verringert. Bei ringförmigen Werkstücken besteht dabei jedoch die Gefahr, daß Fluchtungsfehler auftreten. Das Werkstück kann dann an die Schleifscheibe, den Präser oder den Schneidstahl stoßen. Die Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Verfahrens vermeidet diesen Nachteil,This improves the method described above. In the first method, the clamping force P 3 is reduced to the clamping force P for the final machining at the same time as the completion of the rough machining. In the case of ring-shaped workpieces, however, there is a risk that misalignment will occur. The workpiece can then hit the grinding wheel, the preseeding device or the cutting steel. The device for carrying out the second method avoids this disadvantage,

Auch bei diesem zweiten Verfahren kann die Einspannkraft durch ein Fluid, elektromagnetisch oder mechanisch aufgebracht werden.In this second method, too, the clamping force can be applied by a fluid, electromagnetically or mechanically.

Ein Ausführungsbeispiel für das zweite Verfahren, das mit dem Druck eines Fluids arbeitet, ist in Fig. 8 dargestellt,An exemplary embodiment of the second method, which works with the pressure of a fluid, is shown in FIG. 8,

Fig. 3 zeigt zusätzlich einen Speicher 8 an der Hauptleitung 6 zwischen der Abzweigleitung 7 und dem Einspannzylinder 2, der bereits beim ersten Verfahren beschriebenen Schaltung, die im übrigen mit der Anordnung nach 4 übereinstimmt. Wenn in der Hauptleitung 6 ein Fluid strömt und das Einspanndruck-Umschaltventil 1 geöffnet ist fließt das Fluid durch das Einspanndruck-Umschaltventil 1 und erreicht den Einspannzylinder 2. Der Druck bzw. die Kraft Ps genügt in diesem Zeitpunkt für die Grobbearbeitung, eingestellt vom Druckreduzier- und Drosselventil 4.3 additionally shows a memory 8 on the main line 6 between the branch line 7 and the clamping cylinder 2, the circuit already described in the first method, which in the rest corresponds to the arrangement according to FIG. When a fluid flows in the main line 6 and the clamping pressure changeover valve 1 is open, the fluid flows through the clamping pressure changeover valve 1 and reaches the clamping cylinder 2. The pressure or the force Ps is sufficient at this point in time for the rough machining, set by the pressure reducing and throttle valve 4.

Bei offenem Einspanndruck-Umschaltventil 1 wird ein Teil des durch die Hauptleitung 6 strömenden Fluids im Speicher 8 aufgenommen. Der Druck im Speicher 8 entspricht somit dem Druck P3, wobei ein Kolben 10 gegen die Kraft einer Feder 9 nach oben geschoben wird. Wenn in diesem Zustand nach Abschluß der Grobbearbeitung das Einspanndruck-Umschaltventil 1 geschlossen wird, strömt das Fluid nicht durch das Einspanndruck-Umschaltventil 1 , sondern durch das Druckreduzier- und Drosselventil 3 in der Abzweigleitung 7 und tritt dann durch das andere Druckreduzier- und Drosselventil 4 aus. Da das Einspanndruck-Umschaltventil 1 geschlossen ist wird das im Speicher 8 vorhandene Fluid in dieWhen the clamping pressure switchover valve 1 is open, part of the fluid flowing through the main line 6 is received in the reservoir 8. The pressure in the accumulator 8 thus corresponds to the pressure P 3 , a piston 10 being pushed upwards against the force of a spring 9. If the clamping pressure changeover valve 1 is closed in this state after completion of the rough machining, the fluid does not flow through the clamping pressure changeover valve 1, but through the pressure reducing and throttle valve 3 in the branch line 7 and then passes through the other pressure reducing and throttle valve 4 the end. Since the clamping pressure switchover valve 1 is closed, the fluid present in the memory 8 is released into the

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Hauptleitung 6 abgegeben. Dieser Auslaßvorgang ist in Fig. 5,6 und 7 dargestellt. Der Druck ändert sich von P auf ρ , d.h. nach Beendigung der Grobbearbeitung wird die Kraft bzw. der Druck allmählich auf den für die Bndbearbeitung genügenden Druck P. verringert. Diese Druckänderung kann gemäß Fig. 5,6 oder 7 erfolgen, indem man die Feder 9 im Speicher entsprechend ausführt.Main line 6 released. This exhausting process is shown in FIGS. 5,6 and 7 shown. The pressure changes from P to ρ, i.e. After finishing the rough machining, the force or the pressure gradually increases to the pressure sufficient for the band machining P. decreased. This pressure change can according to FIG. 5, 6 or 7 be done by executing the spring 9 in the memory accordingly.

Ein drittes Verfahren wird dann angewandt, wenn die Spannungen im ringförmigen Werkstück nur bei einem Druck P2 freigegeben werden können, der niedriger ist als der Einspanndruck" :P.. für die Endbearbeitung. Deshalb wird gemäß dem dritten Verfahren wie in Fig. 9 dargestellt nach Abschluß der Grobbearbeitung der Druck allmählich auf Pp abgesenkt, welcher Wert unter dem Einspanndruck P für die Endbearbeitung liegt und danach allmählich auf den Einspanndruck P1 angehoben, bei dem dann die Endbearbeitung erfolgt. Fig. 10 zeigt als Ausführungsform des dritten Verfahrens eine Modifikation der Ausführungsform des zweiten Verfahrens (Fig. 8), wobei das Druckreduzier- und Umschaltventil 1 durch ein Dreiwege-Umschaltventil 11 ersetzt ist. Außerdem ist eine Abzweigleitung 15 mit einem Druckreduzier- und Drosselventil 14 vorgesehen. Die übrige Anordnung stimmt mit Fig. 8 überein. Beim Einschalten einer Magnetspule 1 2 des Dreiwege-Umschaltventils wird der Druck im Einspannzylinder 2 auf dem Druck P für Grobbearbeitung gehalten, ebenso wie bei den beiden vorhergehenden Verfahren. Im Inneren des Speichers 8 ist ebenfalls der Druck P vorhanden. Beim Abschalten des Magnetventils 12 strömt das Fluid durch das Druckreduzier- und Drosselventil 3 in der Abzweigleitung 7 und tritt durch das andere Drosselventil 4 aus. Gleichzeitig wird das Fluid aus dem Speicher 8 abgegeben, so daß der Druck allmählich absinkt, bis er den Druck P2 erreicht, der unter dem Einspanndruck P1 für die Endbearbeitung liegt. Beim Druck P2 wird die andere Magnetspule 13 betätigt und speist die Hauptleitung 6 mit Fluid aus den beiden Druckreduzier- und Umschaltventilen 3,14, wodurch der Druck von P2 auf P^ zurückgeht.A third method is used when the stresses in the annular workpiece can only be released at a pressure P 2 which is lower than the clamping pressure ": P .. for finishing. Therefore, according to the third method, as shown in FIG. 9 After the completion of the rough machining, the pressure is gradually lowered to Pp, which value is below the clamping pressure P for the finishing machining, and then gradually increased to the clamping pressure P 1 , at which the finishing is then carried out Embodiment of the second method (FIG. 8), the pressure reducing and switching valve 1 being replaced by a three-way switching valve 11. In addition, a branch line 15 with a pressure reducing and throttle valve 14 is provided. When switching on a solenoid 1 2 of the three-way switching valve, the pressure in the clamping cylinder 2 is on the pressure ck P held for rough machining, as in the two previous methods. The pressure P is also present in the interior of the memory 8. When the solenoid valve 12 is switched off, the fluid flows through the pressure reducing and throttle valve 3 in the branch line 7 and exits through the other throttle valve 4. At the same time, the fluid is discharged from the reservoir 8, so that the pressure gradually drops until it reaches the pressure P 2 , which is below the clamping pressure P 1 for finishing. At pressure P 2 , the other solenoid 13 is actuated and feeds the main line 6 with fluid from the two pressure reducing and switching valves 3, 14, whereby the pressure from P 2 goes back to P ^.

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Die Endbearbeitung erfolgt dann bei der gevränschten Einspannkraft P1 .The final machining then takes place at the crimped clamping force P 1 .

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8 Müachon 13 Elisabethsirafia 348 Müachon 13 Elisabethsirafia 34

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Claims (6)

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Elisabeths^ ^tentansprüche 8 Munich 13
Elisabeth's claims M . ι Verfahren zum Steuern der bei Werkzeugmaschinen auf das werkstück einwirkenden Einspannkraft, wobei während des Bearbeitungsvorganges die Breite, die Außen- oder die Innenfläche des Werkstückes eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Schneidgeschwindigkeit während eines automatischen Bearbeitungsvorganges die Einspannkraft auf eine geringere Kraft für die Endbearbeitung abgesenkt wird.M. ι Method for controlling the machine tools on the clamping force acting on the workpiece, the width, the outer or the inner surface during the machining process of the workpiece is clamped, characterized in that according to the cutting speed during an automatic Machining process, the clamping force is lowered to a lower force for the final machining. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Endbearbeitung die Einspannkraft allmählich auf eine für die Endbearbeitung ausreichende Kraft herabgesetzt wird,2. The method according to claim 1, characterized in that for finishing the clamping force gradually to one for the Finishing is reduced sufficient force, 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß während des automatischen Bearbeitungsvorganges entsprechend der Änderung der Schnittgeschwindigkeit die Einspannkraft ztinächst auf einen Wert herabgesetzt wird, der unter der Einspannkraft für die Endbearbeitung liegt und dann auf die Einspannkraft für die Endbearbeitung angehoben wird.3. The method according to claim 1, characterized in that During the automatic machining process, the clamping force is ztin next according to the change in the cutting speed is decreased to a value less than the clamping force for finishing and then to the clamping force is raised for finishing. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannkraft von einem Einspannzylinder auf das Werkstück ausgeübt wird, wobei auf der zweiten Seite eine Parallelschaltung eines Einspanndruck-Umschaltventiles und eines Einspanndruck- und Drosselventiles Lind auf der Sekundärseite ein Druckmeßgerät und ein Druckreduzier- und Drosselventil vorhanden sind.4. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the clamping force is exerted on the workpiece by one clamping cylinder, the second Side a parallel connection of a clamping pressure switchover valve and a clamping pressure and throttle valve Lind on the secondary side a pressure gauge and a pressure reducing and throttle valve are available. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einspannzylinder und der Parallelschaltung des Einspanndruck-Umschaltventils und des Druckreduzier- und Drosselventils auf der Primärseite des Einspannzylinders ein Speicher vorhanden ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that between the clamping cylinder and the parallel connection of the Clamping pressure switchover valve and the pressure reducing and throttle valve on the primary side of the clamping cylinder, a memory is available. 2 0 98 2 6/06062 0 98 2 6/0606 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspanndruck-Umschaltventil parallel zum Druckreduzier- und Drosselventil auf der Primärseite des Einspannzylinders in Form eines Dreiwege-Umschaltventiles vorhanden ist, ausgestattet mit einer Abzweigleitung mit einem Druckreduzier- und Drosselventil zur Änderung der Einspannkraft in drei Stufen, und daß zwischen diesen Schaltungen und dem Einspannzylinder ein Speicher vorgesehen ist.6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the clamping pressure switching valve parallel to the pressure reducing and a throttle valve is provided on the primary side of the clamping cylinder in the form of a three-way switch valve with a branch line with a pressure reducing and throttle valve for changing the clamping force in three stages, and that a memory is provided between these circuits and the clamping cylinder. PatentanwältePatent attorneys Dipl.-Ing. E. Eder Dipl.-Eng. K. SCiieschkeDipl.-Ing. E. Eder Dipl.-Eng. K. SCiieschke 8 München X 8 Munich X 209826/0606209826/0606
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